Волокно, сохраняющее поляризацию, специального волокна

Специальное волокно изготавливается с нецилиндрической сердцевиной или оболочкой, например, волокно, сохраняющее поляризацию (или волокно PM), и волокно, предназначенное для подавления распространения моды шепчущей галереи.

Особые моменты PM-волокна

Волокно PM — это специальное оптическое волокно с сильным встроенным двулучепреломлением, сохраняющее правильно ориентированную линейную поляризацию входного луча.

Волокно с сохранением поляризации (PM-волокно) — это особый тип одномодового волокна. Обычные одномодовые волокна способны передавать случайно поляризованный свет. Однако PM-волокно предназначено для передачи только одной поляризации входного света. Волокна PM обладают особенностью, отсутствующей в других типах волокон. Помимо сердцевины волокна, в волокнах имеются стержни, создающие напряжение. В PM-волокне Panda стержни представляют собой два круга, в PM-волокне с эллиптической оболочкой — эллиптическую оболочку, а в PM-волокне типа «бабочка» — две «бабочки».

Сохраняющее поляризацию волокно PANDA (слева) и волокно типа «бабочка» (справа)

Зачем нужны PM-волокна?

Оптические волокна всегда обладают некоторой степенью двойного лучепреломления, даже если они имеют круговую симметрию, поскольку на практике всегда присутствует определённое механическое напряжение или другой эффект, нарушающий симметрию. В результате поляризация света, распространяющегося по волокну, постепенно изменяется неконтролируемым (и зависящим от длины волны) образом, который также зависит от изгиба волокна и его температуры.

Эту проблему можно решить, используя сохраняющее поляризацию волокно, которое не является волокном без двулучепреломления, а, наоборот, специальным волокном с сильным встроенным двулучепреломлением. При условии, что поляризация света, введенного в волокно, выровнена с одной из осей двулучепреломления, это состояние поляризации сохранится даже при изгибе волокна. Физический принцип, лежащий в основе этого, можно понять в терминах когерентной связи мод. Постоянные распространения двух поляризационных мод различны из-за сильного двулучепреломления, так что относительная фаза таких совместно распространяющихся мод быстро смещается. Следовательно, любое возмущение вдоль волокна может эффективно связать обе моды, только если оно имеет значительную пространственную компоненту Фурье с волновым числом, соответствующим разнице постоянных распространения двух поляризационных мод. Если эта разница достаточно велика, обычные возмущения в волокне слишком медленно меняются, чтобы обеспечить эффективную связь мод.

Недостатком использования PM-волокон является необходимость точного выравнивания направления поляризации, что усложняет производство. Кроме того, потери при распространении выше, чем у стандартного волокна, и не все виды волокон легко получить в форме, сохраняющей поляризацию.

Волокна PM не следует путать с однополяризационными волокнами, которые могут проводить только свет с определённой линейной поляризацией. Волокна PM редко используются для передачи на большие расстояния из-за их высокой стоимости и более высокого затухания, чем у одномодового оптического кабеля. Оптические волокна с сохранением поляризации (PMF) всё чаще применяются в волоконно-оптической связи и системах оптического зондирования благодаря высокой способности сохранять поляризацию линейно поляризованного света и хорошей совместимости с обычным одномодовым оптоволокном. Проделана большая работа и достигнуты значительные успехи в теоретической разработке, технологии изготовления и исследовании параметров PMF.